• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.13 no.12
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• pp.6151-6158
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• 2012

By the activation of environment-friendly river works, application of vegetation mats is increasing, however, evaluation techniques for hydraulic stability of vegetation mats are not presented. This study is conducted to develop the objective test method for vegetation mats. Two kind of vegetation mats are tested by the real scale experiments, and hydraulic quantities are measured and analyzed to evaluate acting shear stresses. Roughness and shear stress are evaluated by 1 D non-uniform model. After each tests, changes in mat surfaces and sub-soil are evaluated, and from these evaluation, 3 types of mat surface damages and 2 types of sub-soil damages are presented. In the study, the case in which some damages in mat surface don't cause loss of sub-soil, is presented to be in the stable condition. Appling this stable condition and acting shear stresses, permissible shear stresses of vegetation mats are evaluated, and the results show that the reinforced mat with wire netting has more permissible shear stress.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.349-349
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• 2020

기후변화로 인한 돌발홍수와 같은 집중적인 강우현상은 노후화된 제방의 안정성 저하 및 붕괴 등을 야기시킨다. 향후 홍수량이 증가함에 따라 하천의 통수면적이 부족하여 침수 및 범람의 위험성이 증가할 것으로 생각된다. 계획규모 이상의 홍수가 발생하여 홍수위가 제방고보다 높을 때 월류에 의한 제방붕괴로 이어지며, 이러한 월류에 의한 제방붕괴는 가장 전형적인 것이다. 지금까지 월류에 의한 제방붕괴에 관한 연구는 연구자의 다양한 관점 및 방법을 통해 진행되고 있다. 실제 제방붕괴를 관측하는 것은 불가능하므로 기존의 소규모 수리실험 및 모델링을 통한 제방붕괴 메커니즘 분석에는 사실상 한계가 있다. 이러한 점에서 실규모 수리실험을 통한 월류에 의한 제방붕괴 메커니즘을 3차원으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 드론 영상을 이용하여 제방붕괴 메커니즘 분석 연구를 수행하였다. 제방은 시간의 흐름에 따라 붕괴양상이 발전한다는 점 등에서 매우 복잡한 물리적 특성이 있다. 드론의 오토촬영 기법을 통한 제방이 붕괴되는 순간을 촬영하기는 쉽지 않기 때문에 셔터스피드촬영 기법을 적용하였다. 특히, 짧은 시간에 변화되는 제방의 붕괴양상을 구체적으로 표현하기 위해 두 대의 드론을 횡·종 방향으로 동시에 비행하여 분석 시 3차원 입체감을 최대화하였다. 이후 횡·종 방향에서 동 시간대 수집된 드론 이미지를 분류하여 PIX4D 매핑 기법을 활용한 최소 정합을 통하여 드론을 활용한 제방붕괴 메커니즘 분석의 활용 가능성을 제시하였다. 향후 스마트 시대의 물산업 경쟁력을 제고함에 있어, 폭이 좁은 하천에 효율적이며 고해상도 시공간 자료를 확보할 수 있는 드론을 활용한 스마트 하천재해 예측 및 관리기술 개발을 통한 하천 원격탐사의 경쟁력을 확보하는 것이 중요하다고 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.480-480
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• 2018

전 세계적으로 자연 친화, 하천생태계 보전, 친수하천 등을 조성하기 위한 대대적인 하천 정비사업이 활발히 진행 중에 있다. 최근 홍수로 인한 제방 붕괴에 대응하기 위한 제방의 안정화 및 개선을 위한 방법으로 기존의 시멘트와 같은 혼합물질을 사용하지 않고 환경 친화적이고 지속 가능한 대안에 대한 수요가 증가되고 있는 추세이며 현재 노후화 된 불안정 제방에 대한 보강대책을 수립해나가는 과정으로써 친환경 신소재를 활용하여 제방을 보호하는 연구가 수행되고 있다. 제방사면에 적용되는 신소재는 바이오폴리머를 활용한 재료로써 공동연구기관 카이스트에서 개발된 환경 친화적인 물질로 미생물에 의해 유도된 고인장 및 인체 무해성 등의 특성을 갖고 있으며 경제적 타당성인 측면에서 시멘트와 비교 분석 되어야 하고 실제 현장에서의 적용 가능성, 신뢰성 및 내구성 검토 등 성능을 보장하기 위한 지속적인 연구가 필요한 상황이다. 이에 본 안동하천실험센터에서는 중규모 제방을 직접 제작하여 수리모형실험을 통한 친환경 신소재 활용 제방의 안정성 및 성능 평가를 실시하였다. 수리실험 조건은 카이스트에서 제시된 레시피를 기반으로 먼저 분말형태의 바이이폴리머를 물과 희석하여 만들어진 바이오폴리머 용액을 흙과 혼합한 뒤 제방표면에 직접 미장작업을 수행하여 실험조건에 따라 일정한 두께(1cm, 3cm, 5cm)로 피복하였다. 이후 월류 붕괴 실험이 가능한 3 - 5일 정도의 양생기간을 거쳐 실험을 진행하였다. 실험결과는 다수의 고프로(GoPro) 및 비디오 카메라 등 다양한 영상장치를 이용하여 픽셀기반의 영상분석기법을 활용한 시간 흐름에 따른 제방 사면에서의 붕괴규모를 산정하여 신소재의 피복 두께에 따른 제체의 붕괴 거동 및 안정성을 평가하였으며, 또한 제방 파괴부에서의 흐름 상황 및 유속이 붕괴 발달에 미치는 영향을 분석하기 위하여 PIV 분석을 실시하였다. 이번 연구의 최종목표는 지속적인 예비실험을 수행하여 월류 및 침투, 파이핑 등 파괴 인자 별 신소재의 성능 개선 및 개발된 새로운 공법에 대한 효과 검토를 통한 최적안을 도출함으로써 향후 실규모 실험실증을 통한 신소재 시공 및 공법에 대한 현장적용 가능성 검증을 거쳐 최종적으로 신소재 제방 공법 설계 기술, 신소재 및 공법 표준안, 제방공법 안정성 평가 가이드라인 등을 제시하고자 하며, 이러한 실험데이터를 축적함으로써 실제 제방 붕괴 시 비상대처계획 수립에 필요한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.15-15
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• 2017

하천의 수위와 유량 등의 수리량 자료는 치수, 이수, 환경 등에 관한 하천 계획과 관리의 기초자료로 활용된다. 따라서 체계적인 하천 관리를 위해서는 신뢰성 있는 하천 수리량 자료의 확보가 요구된다. 이에 따라 우리나라에서는 많은 하천에 수위 관측소를 설치하여 실시간 수위를 측정하고 있다. 하지만 유량의 측정은 국가하천 등 주요 대규모 하천에 국한되어 있는 실정이다. 반면에 우리나라 대부분의 홍수 피해는 중 소하천에서 발생하고 있지만, 중 소하천에 대한 수문조사는 상대적으로 매우 미진한 실정이다. 이러한 중 소하천에 대한 수리 정보 조사의 가장 큰 어려움은 대부분의 중 소하천이 지방자치단체에서 관리하고 있어 예산과 인력 지원이 어렵기 때문이다. 이에 본 연구에서는 중 소하천에 산재한 보와 같은 하천 횡단 구조물의 유량 측정 기능을 이용하고, 급성장하고 있는 영상 분석 기술과 IT를 하천공학 분야에 접목하여 중 소하천의 수리 정보를 저비용, 실시간으로 원격 측정하는 시스템을 개발하고자 하였다. 이를 위해 연구에서는 저가형 영상 장비를 이용하여 하천 횡단구조물 주변의 흐름 영상을 원격으로 확보하고, 해당 영상을 데이터베이스로 송신하는 장치인 WIA 시스템(wireless image acquisition system)을 개발하였다. 그리고 촬영된 영상을 분석하여 수위를 도출하는 영상 분석 프로그램, 수위-유량 관계 곡선(rating curve), 미계측 지점에 대한 하천 수리 정보를 계산하기 위한 HEC-RAS를 포함하는 River-HQ 시스템을 개발하였다. 개발된 WIA & River-HQ 시스템은 한국건설기술연구원 하천실험센터 내 직선 수로(실규모 하천) 구간에 대하여 정확성이 검증되었다. 이러한 WIA & River-HQ 시스템은 실제 하천에 대한 적용성과 안정성 검토를 통해 향후 중 소하천의 환경 관리와 홍수예경보 업무 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.3
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• pp.167-179
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• 2020

Recently, new levee material has been developed to enhance natural soil strength and vegetation growth using biopolymer. In the study, critical tractive force of vegetated mats mixed with biopolymer mixed soil has been evaluated to apply the mixed soil to levee construction material. The mixed soil has been produced by mixing beta-glucan, clay, and sand. Full scale test bodies have been constructed with 3 cm thick of the mixed soil. Total 4 test bodies have been constructed and experimented. Critical tractive forces have been evaluated by observation and measurement of failure conditions and soil loss. Although performance of the vegetated revetments are affected by vegetation coverage conditions, the critical tractive forces are shown about 40 N/㎡ and the critical velocities are shown about 4 m/sec by full scale experiment. Erosion resistance is also enhanced by combination of root and net with mat materials.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• v.20 no.2
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• pp.122-130
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• 2016

The past few decades of industrialization enabled human-centered stream developments, which in turn resulted in constructing straight or covered streams, which are used only for sewage disposal purpose. However, these types of streams have become the cause of flood damages such as localized heavy rain. In response, various construction methods have been implemented to prevent stream and embankment damages. However, regulations regarding these measures only lay out minimum standards such as the height of slopes and the minimum angle of inclination. Moreover, examination of tractive force, the most crucial factor in preventing flood damage, is nonexistent. Therefore, this study evaluates various tractive forces by implementing a porous concrete tetrapod at a full scale artificial stream for experiment, controlling the rate of inflow, and measuring the velocity and depth of the stream under different experiment conditions. The test results of the compressive strength, and porosity and density of rock of the porous concrete tetrapod was between 16.6 and 23.2 MPa, and the actual measurement of air void was 10.1%, thus satisfying domestic standard. The result of tractive force experiment showed a limiting tractive force of $47.202N/m^2$, not satisfying the tractive force scope of $67N/m^2$ the stream design working expertise proposes. However, there was neither damage nor loss of blocks and hardpan. Based on previous researches, it can be expected that there will be resistance against a stronger tractive force. Therefore, it is necessary to conduct another experiment on practical limiting tractive force by adjusting some experimental conditions.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.14 no.11
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• pp.5956-5963
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• 2013

By the activation of environment-friendly river works, application of vegetation mats is increasing, however, evaluation techniques for hydraulic stability of vegetation mats are not presented. This study is conducted to develop the objective test method for vegetation mats. Two kind of vegetation mats are tested by the real scale experiments, and hydraulic quantities are measured and analyzed to evaluate acting shear stresses. To evaluate soil loss, Terrestrial 3D LiDAR measurement is conducted and soil loss index are calculated from changes of bed elevation. Quantified evaluation for permissible shear stresses is conducted by graphical method for acting shear stresses and soil loss index. By the results of precision survey, changes of sub soil are limited to local range in stable cases and relatively large changes of sub soil which is similar to natural river bed are detected in unstable cases. From the study, evaluation of permissible shear stresses by ASTM D 6040 is avaliable in the failure mechanism and failure criteria by soil loss index.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.217-217
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• 2020

인간 물이용 중심의 하천 관리로 하천에 인위적으로 설치되는 횡단구조물은 물의 흐름을 막아 수질환경을 악화시킬 뿐 아니라 하천의 연속성을 단절하여 생물의 이동을 차단하여 생태계에 악영향을 미친다. 이러한 인위적인 구조물로서 약 34000여개의 농업용 보와 약 16000여개로 추정되는 낙차공이 다수 존재하고 있다. 이러한 구조물은 유수에 의하여 하상으로 전달되는 유수에너지를 저감하기 위하여 다양한 형태의 하상보호공을 설치하여 하천횡단구조물을 보호하도록 되어있다. 그러나 하상보호공에 사용되는 기술 중 사석 및 돌망태와 같은 기술은 시공비용이 적고 빠른 시간에 시공 할 수 있지만 급격한 홍수에 쉽게 파괴 및 유실이 되는 단점이 있으며, 콘크리트 소재 공법은 세굴방지에 좋은 효과를 발휘하는 장점을 지니지만, 시간이 지남에 따라 마모/변형되거나 포락/유실되어 하상을 지속적으로 보호하지 못하게 되며 과도한 세굴은 구조물의 안전성에도 영향을 미친다고 할 수 있다. 최근 기후변화로 인하여 돌발호우 및 강우량의 증가로 돌변하는 하천환경에 대한 적용기술은 미비한 실정이기 때문에, 많은 연구자들은 이에 대한 해결책을 찾기 위하여 자연친화적 생태복원 기술을 개발하고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머를 다층다공성 하상보호기술에 대하여 에너지 저감 효율, 고유속에서 한계 소류력, 소재 이탈 실험을 최대유량 10 ㎥/s, 유속 8m/s를 재현할 수 있는 실규모 하천실험장에서 진행하여 과학적인 안전성을 확인하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.5B
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• pp.547-558
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• 2008

With the advent of super cargo ship due to the explosive increase in the amount of cargo shipped via seas, some mega ports are under construction in South Korea, to accommodate the super cargo ship, and some of them already enter their final phase. To sustain the harbor tranquility, mega ports usually comprise huge vertical type breakwaters which are intrinsically vulnerable to the attack of long waves. In this rationale, we present the chamber type breakwater with a circular curtain wall - Eco-breaker 2, to alleviate the reflection of long waves and numerically investigate the hydraulic characteristics of Eco-breaker 2. As a wave driver, we use the Navier-Stokes eq., the most robust wave driver, using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) and LES (Large Eddy Simulation). For the verification of numerical results, we also carried out hydraulic model test. It is shown that Eco-breaker 2 can effectively alleviate the reflection of long waves with its inherited large organized eddies encompassing the water chamber and some region off the curtain wall of varying size. It is also shown that the scope and strength of large organized eddies strongly depends on the incident wave period, and the reflection coefficient can be lowered to 0.18 by tuning the size of water chamber such that resident time at the chamber is just short of the half period of incident waves. Based on these results, we present the specification of Eco-breaker 2 to boost its use on the development of water environment friendly harbor worldwide.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.279-279
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• 2019

본 연구는 안동 하천실증연구센터에서 수행된 RIED 실험의 일환으로 실험수로내 식재된 버드나무 식생패치의 밀도에 따른 표면흐름의 특성을 검토하는 실험이다. 실험의 목적은 식생의 침수수위에 따른 식생주변 및 하도의 흐름특성을 검토하는 것으로 침수 수위조건은 유량공급조건의 변화를 통해 재현하였다. 본 연구에 사용된 LSPIV 기법은 하도내 입자투여를 통해 영상을 이용하여 입자간 이동속도를 분석하여 흐름장을 분석하는 것으로 본 연구에서 사용된 입자는 강랭이를 사용하였으며, 영상촬영은 크레인을 이용하여 캠코더를 이용하여 수로 상부에서 흐름영상을 취득하였다. 실험수로는 저면폭 3m, 만제폭 11m 사면경사 1:2의 구조로 이루어진 사다리꼴 형태의 직선수로로 이루어져 있다. 식생패치는 동일수로내 상부기준 32m 간격으로 설치되어 있으며 패치의 크기는 $4{\times}1.5m$의 크기로 이루어져 있다. 그림 1은 상공에서 촬영된 영상을 나타낸 그림으로 실험수로 및 LSPIV 분석을 위해 투하된 입자를 나타내는 그림이다. PIV 분석프로그램을 이용하여 분석된 식생대 및 하도영역에서의 유속장은 그림 2와 같다. 영상분석은 30초영상(900 frame)을 이용하여 분석하였다. 실험결과 식생패치 설치지점에서는 주흐름이 발생하는 우안측에서 높은 유속이 발생하고 약간의 편향된 흐름이 나타나는 것으로 확인되었다. 식생후면에서는 식생으로 인한 흐름의 차단 및 스크린효과로 인해 유속의 저감되는 것을 확인할 수 있다. 밀도에 따른 패치 후면부에서는 높은 밀도를 갖는 첫 번째 패치에서 유속의 저감효과가 높게 나타났으나 유량조건에 차이가 발생하는 것으로 나타났는데 이는 수위상승으로 인한 식생의 침수면적과 관계가 있는 것으로 판단된다.